| チームリーダー ： |
石原 進介【京都電子工業（株）開発推進部 テクニカルエクスパート】 |
| サブリーダー ： |
酒井 啓司 【東京大学 生産技術研究所 教授】 |
| 中核機関 ： |
京都電子工業（株） |
| 参画機関 ： |
東京大学
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- Ⅰ．開発の概要
- 本プログラムの「要素技術タイプ」において、ソフトマテリアルのレオロジー特性を非接触・微量で測定できる粘弾性計測法「EMS法（Electro Magnetically Spinning、電磁回転式粘弾性計測法）」を開発した。本課題では当該成果をもとに、駆動部/試料環境制御部・分離型のプロトタイプ機を実用化開発し、各分野のユーザーニーズとのマッチングを図る。その一環として、「二酸化炭素超臨界域を含む温度・圧力条件下における精密流動物性計測対応機」および「純水（1 mPa・s）近傍を高精度で計測可能な低粘度域専用機」の開発を目指す。
- Ⅱ．開発項目
- （１）「オープンEMS」の開発
- 高粘度でも測定可能なトルクが印加できるプローブ位置での磁場の強度100 mT以上を達成し、さらに、ダイレクトドライブを採用することにより、磁場回転数3,000 rpm以上を達成した。想定以上のトルクを印加させることが可能となり、当初目標として掲げていた粘度測定範囲より2オーダー高い粘度まで測定可能な性能を備えることができた。
精密温度調整機構を搭載することで試料温度を±0.1 ℃以下の安定性で制御可能となり、また、±1 ％以下の回転磁場安定性を達成した。レーザーと光ファイバーを用いた光学系により、遠隔からでもプローブの回転数を精度よく検出することが可能となった。粘度標準液（JS10,JS100,JS1000）を±1 ％以下の高精度で測定することができた。
- （２）「特殊試料環境対応機」の開発
- 真空チャンバーの中に、磁気浮上式EMSシステムを入れ、チャンバー外から回転磁場を印加し、石英窓からプローブの回転を観察することで気体の粘度測定を可能とした。到達圧10-4 Pa以下を達成し、希薄気体中の粘性測定により、粘性の分解能が10 nPa・s程度であることを実証した。オープンEMSの試料台上に、特設したガスバーナーによる高温加熱炉中に、小型セラミック製るつぼを保持。1000 ℃以上の溶融ガラスの粘度測定に成功した。半球面状に延展した、薄型Pt製プローブを溶融ガラス液面に浮かべ、上方から撮影した画像から、微小な回転角を非接触で検出する方式を開発した。微小回転角検出により、10,000,000 mPa･s以上の超高粘度でも短時間で測定することが可能となった。
- （３）「純水近傍低粘度域専用機」の開発
- 液面浮上ディスクを用いた「純水近傍低粘度域専用機」は非常に低いトルクを印加できる機構を備えており、低粘性を測定することを可能とした。表面を撥水コートしたアルミ製ディスクプローブを試料の上に浮かべることで摩擦「0」を実現した。純水や粘度標準液（JS2.5、JS5、JS10、JS20、JS50）を測定し優れた直線性を確認できたと共に、±0.5 ％以下の測定精度を可能とした。コンパクト化、操作性に配慮した微量試料環境制御部の設計・試作を行い、微量(90 μL)に対応したセル部を製作し、安定した測定を可能とした。
- Ⅲ．評 価
- ほぼ計画どおりに開発を進め、基本となるオープンＥＭＳは目標を上回る範囲の粘度測定を可能にしている。また特殊試料用は対象を高圧ガスから真空ないし高温用に変更し、ユーザーのニーズに沿った装置となっている。さらに純水用も完成し、真空用と組み合わせた磁気浮上タイプで気体の粘度も測定可能とし、新しい測定標準となりうることを示唆した。今日まで粘度測定は、測定対象としてオイルを中心に発展してきたが、本開発装置は、これまで測定が困難といわれていた低粘性液体（水、血液等）の測定が可能となっており、本開発の成果により測定対象が大きく広がるものと期待される。
本開発は当初の開発目標を達成し、本事業の趣旨に相応しい成果が得られたと評価する［Ａ］。
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